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2016 年度 実施状況報告書

樹状配列したレドックス分子による傾斜接合界面の構築とキャリア輸送制御

研究課題

研究課題/領域番号 15K04590
研究機関東京工業大学

研究代表者

河内 岳大  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任准教授 (70447853)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードナノ表面・界面 / 自己組織化単分子膜 / 有機-金属接合 / 分子配列 / 電荷輸送
研究実績の概要

前年度に開発したマイクロ波加熱による迅速合成法を駆使して、電子受容体であるビオローゲン(1,1’-二置換-4,4’-ビピリジニウム塩)を樹状に連結した分子傾斜構造の頂点部もしくは基底部に、電子供与体であるピレンを導入した。世代の異なる一連の分子群について、良溶媒中でのレーザー励起時間分解分光測定を行った。その結果、樹状構造の世代の増加に従い、ユニット間の自己電子交換(self-exchange)によりピレンへの逆電子移動が抑制されることがわかった。第3世代のものでは50 ps以上の寿命を持つカチオンラジカルの濃度が約10倍にもなり、想定した樹状構造によるキャリア輸送が確認できた。さらに興味深いことに、光合成中心と同様、隣接したビオローゲン間のLUMO軌道を介した超交換相互作用に基づく長距離輸送を示唆する結果が得られ、多数の樹が寄り集まった構造の優位性も示唆された。
前年度において、ビオローゲン樹状構造にメルカプト基を位置選択的に導入することでレドックス分子の密度勾配を精密に制御した自己組織化単分子膜(SAM)を金基板上に作製することに成功している。これらのSAMについて、電気化学測定や液状インジウム-ガリウム合金を電極としたJ-V測定、コンダクティブAFM測定などを行い、有機分子密度勾配の向きによる整流性について検討したものの、明確な差を議論するには至らなかった。より精密な電気化学測定を行うため電極に単結晶金を用いるなど、検討を進めている。また、表面被覆構造についても詳細な知見を得るため、高分解能走査型トンネル顕微鏡観察ならびに硬X線光電子分光測定に着手した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究代表者の異動により年度後半の研究進捗は鈍化したものの、前年度に前倒しで検討を進めていたこともあり、全体としては予定通りに進展している。

今後の研究の推進方策

溶液中での光化学により、樹状構造が電荷輸送に及ぼす特異性並びに優位性を確認することができた。しかしながら、金属-有機接合界面として集積化した円錐型傾斜接合では、有機分子の密度勾配の向きによる整流性を明確化することができていない。そこで、発生キャリアの少ない実験系を構築する目的で、円錐型傾斜接合をナノ構造化した金属表面につくり込み、有機分子ユニットの空間分布勾配が動作原理として機能するプラズモニックデバイスの試作に取り組む予定である。

次年度使用額が生じた理由

研究代表者の異動により年度後半における研究時間の確保が難しくなったため、機器の購入計画を変更した

次年度使用額の使用計画

異動後、速やかに機器を購入し、研究を遂行する

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 3件)

  • [国際共同研究] Rutgers University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Rutgers University
  • [雑誌論文] Generation Dependent Ultrafast Charge Separation and Recombination in a Pyrene-Viologen Family of Dendrons2016

    • 著者名/発表者名
      Zheng Gong, Jianhua Bao, Keiji Nagai, Tomokazu Iyoda, Takehiro Kawauchi, Piotr Piotrowiak
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 120 ページ: 4286-4295

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.6b01844

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 金属と高分子を精密配置・配列した集積材料2017

    • 著者名/発表者名
      〇河内岳大
    • 学会等名
      分子研研究会「金属錯体の情報制御と機能連動」
    • 発表場所
      分子科学研究所(岡崎市)
    • 年月日
      2017-03-06 – 2017-03-07
    • 招待講演
  • [学会発表] チオール基を有するビオローゲン樹状配列分子の自己組織化2016

    • 著者名/発表者名
      〇河内岳大、小口有希、長井圭治、彌田智一
    • 学会等名
      第67回コロイドおよび界面化学討論会
    • 発表場所
      北海道教育大学旭川校(旭川市)
    • 年月日
      2016-09-22 – 2016-09-24
  • [学会発表] チオール基を有するビオローゲン樹状配列分子の金基板上への特異的自己組織化2016

    • 著者名/発表者名
      〇河内岳大、小口有希、長井圭治、彌田智一
    • 学会等名
      第65回高分子討論会
    • 発表場所
      神奈川大学横浜キャンパス(横浜市)
    • 年月日
      2016-09-14 – 2016-09-16
  • [学会発表] 一次構造制御した合成高分子が発現する分子機能2016

    • 著者名/発表者名
      〇河内岳大
    • 学会等名
      高分子学会中国四国支部高分子研究会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島市)
    • 年月日
      2016-06-24 – 2016-06-24
    • 招待講演
  • [学会発表] 高分子鎖の精密一次構造制御による分子機能の発現2016

    • 著者名/発表者名
      〇河内岳大
    • 学会等名
      山形大学学術講演会
    • 発表場所
      山形大学(米沢市)
    • 年月日
      2016-06-20 – 2016-06-20
    • 招待講演

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公開日: 2018-01-16   更新日: 2022-02-16  

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